Física del efecto invernadero

Cita de: Vaqueret en Viernes 20 Noviembre 2009 00:00:32 am

Joder, creía que me ibas a decir: ¿Pero cómo no va a estar caliente alguien que esté excitado?

PD: Sigo sin entenderte. Me parece que estás en un nivel mucho mas alto que el mio.

igual con esto me entiendes mejor:

cuerpo negro:
modelo ideal:

La radiación del cuerpo negro

normálmente se usa el término de potencia/intensidad de un cuerpo negro, pero esta proviene de una ecuación vectorial (función de onda),  solo tiene sentido en la dirección de la onda (normal a la superficie y en la dirección de propagación, en los cálculos ideales de potencia o intensidad se obvian, pero en la realidad, hay un vector de entrada y uno de salida, y además tienen relación, la potencia o intensidad puede estar bien calculada, ¿pero en que dirección emite?)

(lo siento, es un libro escaneado)
La radiación negra (pag.207)

Supongo que me estás tomando el pelo, ¿no?

por diferencial de presión, en el espacio la presión es mínima


los gases se escapan, como se escapan de una nave espacial, y la radiación también....

por supuesto que no te tomo el pelo con lo del cuerpo negro,

la radiación siempre es normal a la superficie,

una cosa es que el sol, por ejemplo, radie en todas direcciones, y otra diferente es que esa radiación que ha salido lo haga de una manera difusa,

por que lo que es los fotones, tienen direccionalidad, y está determinada, tanto por los ángulos de la radiación incidente, como por la constitución del átomo,


siempre que hablamos de longitudes de ondas, de ondas, hay una dirección de propagación, por muy ideal que sea el cuerpo,

la emisividad de un cuerpo negro es una emisión POLARIZADA.

la emisividad de un cuerpo negro es una emisión POLARIZADA.

 

No quería entrometerme, pero es que estoy leyendo barbaridades...

_00_ explícate mejor, que parece que te pierdes en los detalles.

Qué es lo que quieres decir tras todo eso?

respondiendo a esto: https://foro.tiempo.com/climatologia/sunspot+number+0-t88339.0.html;msg2209032#msg2209032

Tienes toda la razón del mundo. Si A=0, para todas las frecuencias, la tierra se calentara hasta que se fusione todo el material fisible, fuente de la energa aplicada, alcanzando miles de grados. Si A=1 para frecuencias grandes, empezaramos a ver como emite en el visible y uv. Como un hierro al rojo blanco o como una estrella. (si pasa suficiente tiempo). Esto es porque la curva de plank, se desplaza hacia frecuencias mayores segn la temperatura.

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Volviendo a la fsica de el efecto invernadero. Supongamos que una superficie es un cuerpo negro y le acoplamos la resistencia con unos W₀ watios fijos de potencia. Lo cubrimos con una sustancia que es transparente a todas las frecuencias, excepto una pequeña banda de ancho D hercios que absorve en promedio un porcentaje A de la radiación. Lo pasamos a potencia y calculamos que absorve W_g watios por m² (la g viene de gas). Para compensar la diferencia, la temperatura de la superficie se calentará.

Antes de cubrir la superficie tenemos

W₀=sigmaT⁴₀

En el equilibrio tendremos:

W₀+W_g=sigmaT⁴_ef

sustituyendo

sigmaT⁴₀+W_g=sigmaT⁴_ef

y despajando T_ef

T_ef=(T⁴₀+W_g/sigma)^1/4

Pongamos un ejemplo. Supongamos que T₀=288ºK, sabemos que sigma=5.6710^-8
W/m² T^ef Incremento
1   288,18   0,18
2   288,37   0,37
3   288,55   0,55
4   288,74   0,74
5   288,92   0,92
6   289,10   1,10
7   289,28   1,28
8   289,47   1,47
9   289,65   1,65
10   289,83   1,83
15   290,73   2,73
20   291,62   3,62
25   292,51   4,51
30   293,38   5,38

A veces será conveniente sustituir sigma por eps*sigma, por ejemplo eps=0.9 http://es.wikipedia.org/wiki/Emisividad

Para que lo anterior se válido, suponemos que el cuerpo negro es la superficie (por ejemplo, la de la tierra u el ocano). La atmósfera no podemos suponerla cuerpo negro ya que los gases que están en ella no absorven conforme a la distribución de Plank, base para la ecuación de Stefan-Boltzman, sino en bandas de energía (frecuencias o longitudes de onda)

Creo que lo que quiere decir , refiriendose al eclipse:
La energía ( fotones) que salen radiados del sol en forma lineal, cuando hay un eclipse, tapa toda la energía que nos llega.

De la misma manera cuando hay una explosion de rayos X en el sol, aunque esta sea gigantesca y letal, solo nos afectaría una se produjese directamente en nuestra dirección.

Eso es lo que creo entender: Con el eclipse se tapa toda radiacion en nuestra direccion

(Viene de aquí)


1. Convección (particularizando para un gas) :

Mecanismo según el cual al cambiar la densidad de una porción de gas en un entorno con gravedad, esta porción tenderá a caer o elevarse según su densidad sea mayor o menor que el gas que le rodea.

Los planetas NO pierden atmósfera según este mecanismo, símplemente porque las velocidades que implican estan a varios órdenes de magnitus de la velocidad de escape del planeta.

2. Difusión.

Mecanismo según el cual las moléculas de un gas por encima del cero absoluto (o sea con una cierta energía cinética) tienden con el tiempo a ocupar todo el espacio disponible en ausencia de ninguna otra fuerza.

Obviamente esto no se aplica a la atmósfera de un planeta por una razón muy sencilla: La gravedad.
Existe el escape térmico de particulas de una atmosfera, que está bastante relacionado con este concepto, pero si lo aplicamos al caso de la Tierra, tenemos que...

[tex]T_{escape} = \frac {m}{3 K_B} V_{escape}^2[/tex]  (Maxwell-Boltzmann)

donde T es la temperatura necesaria para que las moléculas de un gas tengan la energía necesaria para escapar de la gravedad. K_B es la constante de Boltzmann y m es la masa de la molécula.

Por ejemplo, para una molecula de oxígeno en la Tierra

m = 32 g / 6x10{sup]23[/sup] (masa molec./ num avogadro)
V escape de la Tierra: 1.200 m/s

nos daría T = 160.000 ºK que es bastante superior a la temp. de la termosfera.

Según eso los planetas no deberían perder parte de su atmósfera, pero por ejemplo, venus lo hace a mansalva, de hecho tiene una cola iónica considerable, quizá porque no tiene magnetosfera y el viento solar hace el resto:
http://www.agu.org/journals/je/je0812/2008JE003096/2008JE003096.pdf

Me pregunto si lo hace la tierra y si también pierde atómos de O+, en su caso... y ¿qué ocurre cuando chocamos con la cola de venus?

Creo que lo que quiere decir , refiriendose al eclipse:
La energía ( fotones) que salen radiados del sol en forma lineal, cuando hay un eclipse, tapa toda la energía que nos llega.

De la misma manera cuando hay una explosion de rayos X en el sol, aunque esta sea gigantesca y letal, solo nos afectaría una se produjese directamente en nuestra dirección.

Eso es lo que creo entender: Con el eclipse se tapa toda radiacion en nuestra direccion

Toda la discusión viene de un posible calentamiento de la superficie de la tierra causado por emisión de radiación térmica de la termosfera terrestre.

Y yo ponia un ejemplo: Si tan importante es la termosfera, también debería serlo (hablamos de radiación térmica) la corona solar.
Así, en caso de eclipse de sol que tapa la fotosfera solar pero deja gran parte de la corona a la vista, deberíamos notar la radiación térmica de la corona, que es muchas veces más grande que el mismo sol y está a miles de veces su temperatura. Obviamente ésto no sucede.
¿Por qué? Mi opinión es que la intensidad de la radiación no sólo depende de la temperatura sino que también, y mucho, de la densidad. La opinión de _OO_ es que la radiación térmica se comporta como un láser.

Según eso los planetas no deberían perder parte de su atmósfera, pero por ejemplo, venus lo hace a mansalva, de hecho tiene una cola iónica considerable, quizá porque no tiene magnetosfera y el viento solar hace el resto:
http://www.agu.org/journals/je/je0812/2008JE003096/2008JE003096.pdf

Me pregunto si lo hace la tierra y si también pierde atómos de O+, en su caso... y ¿qué ocurre cuando chocamos con la cola de venus?

En el caso de Venus, tú mismo te respondes.
Por otro lado, date cuenta de la formulita que he puesto que la temperatura de escape depende fuertemente de la masa molecular. Esa es la razón de que los planetas de tamaño terrestre hayan perdido los elementos más ligeros, como el hidrógeno, que escapa a una temperatura mucho menor (además de otras consideraciones como que absorbe en muchas frecuencias, entre ellas la visible y, por tanto, se calirenta con mucha facilidad)

Desde el punto de vista de la Tierra no hay demasiada diferencia entre la cola iónica de Venus y el viento solar normal. Los cinturones se encargan de ellos.

Saludos.

EDITO para corrigir un error de calculo y otro conceptual.

Coloco esto en otro post, si no, se me hacía demasiado largo.

Podemos calcular la cantidad máxima de potencia que puede abs W_ef de una banda de absorción.

Primero calculamos la cantidad de energía para un mol de sustancia.

Sabemos que para una frecuencia nu en hercios se cumple E=h*nu con h=6.62610^-34. La energía medida en julios. Ver La tabla de constantes física

Sabemos que c=L*nu donde L es la longitud de onda en metros y c=300.000.000m/s es la velocidad de la luz en metros/seg

Si la banda (supondremos cuadrada, pero es de otra forma sería multiplicar por una constante) de longitudes de onda es L₁-L₂ en m, la energía absorbida por mol será

E=1/2(1-A)h(nu²₂-nu²₁)N_A siendo N_A=6,02 10²³ el número de Abogadro.

E=(1/2)(1-A)h c N_A/1/L²₂-1/L²₁)=0,120(1-A)/(1/L²₂-1/L²₁)10⁹ (el 10⁹ es por pasar de metros a nanometros).

Para la banda de 13-16 nm del CO₂ se absorve sobre el 80%. Esto es A=0'2.

Ya pondré otro día el resultado....

Una cosa, si en esa banda, el CO2 fuera totalmente opaco, no habría problema, ya que no absorbería más por haber más y el calentamiento ya se habría producido antes de añadir más.

Ojo, puede que me haya equivocado, si alguien lo ve, pues que avise y se corrige.

Otra cosa que no me cuadra de este modelo, la atmósfera debería calentar el suelo y la superficie del mar, por tanto, antes de alcanzar el equilibrio, siguiendo la segunda ley de la termodinámica, el aire debería estar más caliente que la tierra. Pero el 70% de la superficie es agua, y está más caliente que aire!... (gracias Vaqueret por hacerme ver que esto es una tontería)

Otra cosa que no me cuadra de este modelo, la atmósfera debería calentar el suelo y la superficie del mar, por tanto, antes de alcanzar el equilibrio, siguiendo la segunda ley de la termodinámica, el aire debería estar más caliente que la tierra. Pero el 70% de la superficie es agua, y está más caliente que aire!...

Es que quien calienta el  suelo  no es el CO2, sino el sol, el forzamiento por CO2 se añade. En realidad el 2º ppcio nunca se viola.

Por lo demás:   

Sólo te ha faltado aplicar el porcentaje de emisividad de la superficie terrestre en la banda que has elegido (el máximo de emisión está en torno a las 10 micras), pero sólo te afectará como un porcentaje del resultado que has obtenido.